CN212578642U - 一种具有扭转柔性的机器人关节 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有扭转柔性的机器人关节，具备电机输出轴以及输出法兰，还包括集成控制单元、无框力矩电机、多级减速结构、绝对值编码器、和扭矩管；集成控制单元、无框力矩电机、多级减速结构、绝对值编码器分别套设于电机输出轴以及输出法兰上；扭矩管贯穿在电机输出轴的内腔中；还包括安装于无框力矩电机上的扭矩传感器和温度传感器；集成控制单元与绝对值编码器、扭矩传感器和温度传感器信号连接，集成控制单元与绝对值编码器、扭矩传感器和温度传感器之间形成信号输出闭环；集成控制单元控制多级减速结构。本实用新型的机器人关节能根据实时的情况做出最优的实时应对动作，可保护机器人关节免受较大的冲击载荷。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人的技术领域，尤其涉及一种具有扭转柔性的机器人关节。
背景技术
近年来随着机器人技术的发展，机器人在自动驾驶汽车的领域内取得了巨大的进步。受2011年福岛第一核电灾难的警醒，一些类似的竞赛被提起。以加速机器人技术在应对自然和认为灾难领域内的发展。
为了代替人类在对于人类而言危险的环境中执行复杂任务，需要设计与人类在尺寸和形状上差不多、具有相似的工作空间的机器人。要求这些机器人既有强度也有灵活性，以有效地在这些环境中工作，同时他必须具备静态稳定性而非动态稳定性以避免复杂控制的需求。双足机器，例如典型的类人机器人，走动时必须平衡。如果机器人脚下地形不平坦或在移动，类人机器人有翻倒和摔倒的危险，那样反而成为了问题而不是解决问题。
随着自动化产业与智能机器人的日益发展，也为了解决危险环境中执行复杂任务的需求，市场对机器人关节和其操作系统性能的要求也越来越呈现出高综合化、高标准化的趋势，特别是需要一种机器人关节和相应的控制方法能满足在精密操控、高输出能量的前提下实现自主适应复杂任务、复杂环境、复杂操作对象，这要求机器人关节能根据实时的情况作出最优的实时应对动作，而这些性能要求是现有技术难以做到的。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种具有扭转柔性的机器人关节，特别是能够应用于机械臂或者机械腿的机器人关节。
为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
一种具有扭转柔性的机器人关节，其中，包括：
具备电机输出轴以及输出法兰，还包括集成控制单元、无框力矩电机、多级减速结构、绝对值编码器、和扭矩管；
所述集成控制单元、所述无框力矩电机、所述多级减速结构、所述绝对值编码器分别套设于所述电机输出轴以及所述输出法兰上；所述扭矩管贯穿在所述电机输出轴的内腔中；
还包括安装于所述无框力矩电机上的扭矩传感器和温度传感器；
所述集成控制单元与所述绝对值编码器、所述扭矩传感器和所述温度传感器信号连接，所述集成控制单元与所述绝对值编码器、所述扭矩传感器和所述温度传感器之间形成信号输出闭环；所述集成控制单元控制所述多级减速结构。
上述的具有扭转柔性的机器人关节，其中，所述多级减速结构包括：精密谐波减速机、摩擦式制动器、刹车片、以及扭矩限制离合器。
上述的具有扭转柔性的机器人关节，其中，还包括：促动器，所述集成控制单元控制所述促动器。
上述的具有扭转柔性的机器人关节，其中，当所述集成控制单元未接收到任何指令时，所述刹车片保持抱死状态。
上述的具有扭转柔性的机器人关节，其中，当所述集成控制单元接收来自外部软件的操作信号时，所述刹车片解除抱死状态，所述无框力矩电机实现对应信号的动作。
上述的具有扭转柔性的机器人关节，其中，当受到动态变负载时，所述集成控制单元实时请求所述绝对值编码器、所述扭矩传感器、所述精密谐波减速机的信号反馈，采集瞬时速度、瞬时加速度、负载、三维位置，控制所述精密谐波减速机、所述摩擦式制动器、所述刹车片以及所述扭矩限制离合器做出相应的应对姿势。
上述的具有扭转柔性的机器人关节，其中，所述扭矩管为柔性扭矩管。
上述的具有扭转柔性的机器人关节，其中，所述集成控制单元支持EtherCAT和CANopen通讯协议，
上述的具有扭转柔性的机器人关节，其中，所述集成控制单元可进行PID实时调节。
上述的具有扭转柔性的机器人关节，其中，所述扭矩限制离合器通过限制关节的滑动而非损坏内部组件来提供扭矩的限制。
上述的具有扭转柔性的机器人关节，其中，还包括：磁控驻车制动器，所述磁控驻车制动器用于使机器人关节在机器人保持静态稳定状态下的断电时可以保持位置。
上述的具有扭转柔性的机器人关节，其中，其特征在于，所述绝对值编码器包括：电机端绝对值编码器和输出端多圈绝对值编码器。
本实用新型由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：
(1)本实用新型的机器人关节能根据实时的情况做出最优的实时应对动作，可保护机器人关节免受较大的冲击载荷。
附图说明
图1是本实用新型的具有扭转柔性的机器人关节的爆炸示意图。
图2是本实用新型的具有扭转柔性的机器人关节的剖视示意图。
附图中：1、无框力矩电机；2、多级减速结构；21、精密谐波减速机；22、摩擦式制动器；24、扭矩限制离合器；3、绝对值编码器；4、扭矩管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
图1是本实用新型的具有扭转柔性的机器人关节的爆炸示意图，图2是本实用新型的具有扭转柔性的机器人关节的剖视示意图，请参见图1至图2所示，示出了一种较佳实施例的具有扭转柔性的机器人关节，包括：具备电机输出轴以及输出法兰，还包括集成控制单元、无框力矩电机1、多级减速结构2、绝对值编码器3、和扭矩管4；集成控制单元、无框力矩电机1、多级减速结构2、绝对值编码器3分别套设于电机输出轴以及输出法兰上；扭矩管4贯穿在电机输出轴的内腔中。
进一步，作为一种较佳的实施例，具有扭转柔性的机器人关节还包括：安装于无框力矩电机1上的扭矩传感器和温度传感器；
进一步，作为一种较佳的实施例，集成控制单元与绝对值编码器3、扭矩传感器和温度传感器信号连接，集成控制单元与绝对值编码器3、扭矩传感器和温度传感器之间形成信号输出闭环，使机器人关节实现自适应调整；集成控制单元控制多级减速结构2。
进一步，作为一种较佳的实施例，多级减速结构2包括：精密谐波减速机21、摩擦式制动器22、刹车片(图中未示出)、以及扭矩限制离合器24。
通过在集成控制单元中预设参数，精密谐波减速机21可以把例如1000转的电机输出转速降低期望的倍数。
进一步，作为一种较佳的实施例，扭矩限制离合器24包括依次设置的弹簧簧片、压缩板、以及摩擦材料。
优选的，摩擦材料在各温度(200-600F)下静摩擦系数保持在0.6。
进一步，作为一种较佳的实施例，具有扭转柔性的机器人关节还包括：促动器，集成控制单元控制促动器。
进一步，作为一种较佳的实施例，当集成控制单元未接收到任何指令时，刹车片保持抱死状态。
进一步，作为一种较佳的实施例，当集成控制单元接收来自外部软件的操作信号时，刹车片解除抱死状态，无框力矩电机1实现对应信号的动作。
进一步，作为一种较佳的实施例，当受到动态变负载时，集成控制单元实时请求绝对值编码器3、扭矩传感器、精密谐波减速机21的信号反馈，采集瞬时速度、瞬时加速度、负载、三维位置，控制精密谐波减速机21、摩擦式制动器22、刹车片以及扭矩限制离合器24做出相应的应对姿势。
进一步，作为一种较佳的实施例，上述的应对姿势包括减速、加速、停机等操作。
进一步，作为一种较佳的实施例，集成控制单元可以控制精密谐波减速机21、摩擦式制动器22、刹车片以及扭矩限制离合器24中的一个或几个，以多种控制方式结合的方式，实现上述的减速、加速、停机等操作。
例如，集成控制单元可以通过同时控制精密谐波减速机21和摩擦式制动器22动作，实现减速操作。
再例如，集成控制单元可以通过同时控制刹车片和扭矩限制离合器24动作，实现停机操作。
以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围。
本实用新型在上述基础上还具有如下实施方式：
本实用新型的进一步实施例中，请继续参见图1至图2所示，扭矩管4为柔性扭矩管。
通过柔性扭矩管提供一定的扭转柔性。在机器人关节的整个长度上以柔性扭矩管的形式提供了一种安全机制，可保护关节免受较大的冲击载荷，同时还简化了执行力控制时的操作。
本实用新型的进一步实施例中，集成控制单元支持EtherCAT和CANopen通讯协议，
本实用新型的进一步实施例中，集成控制单元可进行PID实时调节。
本实用新型的进一步实施例中，安装在输出法兰上的机械离合器，即上述的扭矩限制离合器优选地通过限制关节的滑动而非损坏内部组件来提供扭矩的限制。
本实用新型的进一步实施例中，还包括：磁控驻车制动器，用于使机器人关节在机器人保持静态稳定状态下的断电时可以保持位置。
本实用新型的进一步实施例中，绝对值编码器3包括：电机端绝对值编码器和输出端多圈绝对值编码器。
在另一种较佳的实施例中，无框力矩电机的后端设有精密谐波减速机，无框力矩电机的输出轴上依次设有摩擦式制动保持器、输出端多圈绝对值编码器、直流驱动器温度传感器、电机端绝对值编码器。
以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种具有扭转柔性的机器人关节，其特征在于，包括：
具备电机输出轴以及输出法兰，还包括集成控制单元、无框力矩电机、多级减速结构、绝对值编码器、和扭矩管；
所述集成控制单元、所述无框力矩电机、所述多级减速结构、所述绝对值编码器分别套设于所述电机输出轴以及所述输出法兰上；所述扭矩管贯穿在所述电机输出轴的内腔中；
还包括安装于所述无框力矩电机上的扭矩传感器和温度传感器；
所述集成控制单元与所述绝对值编码器、所述扭矩传感器和所述温度传感器信号连接，所述集成控制单元与所述绝对值编码器、所述扭矩传感器和所述温度传感器之间形成信号输出闭环；所述集成控制单元控制所述多级减速结构。
2.根据权利要求1所述的具有扭转柔性的机器人关节，其特征在于，所述多级减速结构包括：精密谐波减速机、摩擦式制动器、刹车片、以及扭矩限制离合器。
3.根据权利要求1所述的具有扭转柔性的机器人关节，其特征在于，还包括：促动器，所述集成控制单元控制所述促动器。
4.根据权利要求2所述的具有扭转柔性的机器人关节，其特征在于，当所述集成控制单元未接收到任何指令时，所述刹车片保持抱死状态。
5.根据权利要求2所述的具有扭转柔性的机器人关节，其特征在于，当所述集成控制单元接收来自外部软件的操作信号时，所述刹车片解除抱死状态，所述无框力矩电机实现对应信号的动作。
6.根据权利要求2所述的具有扭转柔性的机器人关节，其特征在于，当受到动态变负载时，所述集成控制单元实时请求所述绝对值编码器、所述扭矩传感器、所述精密谐波减速机的信号反馈，采集瞬时速度、瞬时加速度、负载、三维位置，控制所述精密谐波减速机、所述摩擦式制动器、所述刹车片以及所述扭矩限制离合器做出相应的应对姿势。
7.根据权利要求1所述的具有扭转柔性的机器人关节，其特征在于，所述扭矩管为柔性扭矩管。
8.根据权利要求1所述的具有扭转柔性的机器人关节，其特征在于，所述集成控制单元支持EtherCAT和CANopen通讯协议。
9.根据权利要求1所述的具有扭转柔性的机器人关节，其特征在于，所述集成控制单元可进行PID实时调节。
10.根据权利要求1所述的具有扭转柔性的机器人关节，其特征在于，所述绝对值编码器包括：电机端绝对值编码器和输出端多圈绝对值编码器。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020814490.XU CN212578642U (zh) | 2020-05-15 | 2020-05-15 | 一种具有扭转柔性的机器人关节 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111482984A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-04 | 深圳国信泰富科技有限公司 | 一种具有扭转柔性的机器人关节 |
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2020
- 2020-05-15 CN CN202020814490.XU patent/CN212578642U/zh active Active
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